负压手术室的负压控制

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1、 - 22 - 负压洁净空间的负压设计探讨负压洁净空间的负压设计探讨 江苏环亚医用科技集团总工 任建庆 摘摘 要要 综合医院的正负压切换手术室、隔离 ICU、各类隔离病房、生物实验室、病理实验室、检验科、 抗生素类配置室等洁净空间的净化设计中，恒定的负压值、与邻室的压力梯度或气流方向是保证医护人员 及患者安全、避免交叉感染（或污染）的关键。本文针对以往工程实践在设计、调试及使用中出现的问题， 探求负压设计中的一些新思路，以求在现有负压洁净室的设计方面有所突破。 关键词关键词 负压洁净室 保护对象 压差 压力梯度 气闸室 缓冲间 核心区 置换送风 1. 引言引言 在医疗洁净空间的设计、 施工、

2、工程设备选型、 调试等过程中，经常遇到负压或正负压切换的手术 室、隔离 ICU 单间、隔离病房、生物实验室、病理 实验室、检验科的 HIV 检测、抗生素类配液制剂室 等因保护对象转换而需要做正负压转换或恒负压 设计的洁净室，对于这类空间，与邻室之间恒定的 负压、稳定的压力梯度或气流渗透方向是保证医患 安全、避免交叉感染（或污染）的关键，对设计及 调试人员而言， 此类空间的设计难度大， 调试复杂， 且调试结果往往不很理想，以下就此类空间的设 计、设备选型等问题展开探讨： 2. 新风及隔离缓冲新风及隔离缓冲 关于正负压切换的手术室、正负压切换的 ICU 或病房，这些洁净空间在正压时仍按常规设计不再

3、 赘述；负压设计时新风量的计算及选取应注意以下 几点： 1）关于负压运行状态的新风，新风量取值建 议取以下几个数据中的最大值： （a）按医院洁净手术部建筑技术规范 GB50333-2002 表 4.0.1 “最小新风量” 选取的新 风量。 （b）按该区域净化级别要求的送风量或换气次 数，计算相应的送风量、新风量和排风量（有部分 循环风量时）。 举例：普通十万级负压房间，面积 20m2，部 分回风，负压运行。按房间洁净等级 III 级，根据 送风换气次数 n=13、新风换气次数 nx=4 次，计算 房间送风量、新风量：L = n*F*H =13*20*2.6 =676 m3/h，LX=n*F*H

4、=4*20*2.6=208m3/h，考虑一定的 2013 年全国净化学术年会 International symposium on cleaning technology - 23 - 余量，送风量取 700m3/h、新风量取 250 m3/h；以 压差-5Pa，并考虑漏风率因素；最终确定房间排风 量为 400 m3/h，回风量 450 m3/h，压差风量 150 m3/h。 （c）按照该区域的净化等级要求的送风量或换 气次数，计算新风量和排风量（采用全新风直流系 统时） 举例：普通十万级隔离病房，面积 20m2，全 新风运行，按房间洁净等级 III 级，根据 n=4 次， 计算房间新风量：L

5、X=n*F*H=4*20*2.6=208m3/h， 房间送风量：L=n*F*H=13*20*2.6=676m3/h；考虑 房间全新风运行，新风量等于房间送风量，所以新 风量的实际取值选较大者为 676m3/h，考虑一定余 量取新风量（送风量）为：700m3/h,。同时以压差 -5pa，并考虑漏风率因素，最终确定房间排风量为 850 m3/h，压差风量 150 m3/h。 （d）按照工艺要求的排风量，各区域之间的压 差要求计算的新风量。 举例：化疗、抗生素配液室面积 18m2，摆放 两台全排行生物安全柜，按房间洁净等级 II 级，根 据n=20次 ， 计 算 房 间 新 风 量 ： Lx=n*F

6、*H=20*18*2.6=936m3/h。 而根据设备技术参 数要求， 每台生物安全柜的排风量 1450 m3/h， 则总 排风量 2900 m3/h，以压差-20pa，并考虑漏风率因 - 24 - 素，取压差风量 400 m3/h，最终确定房间新风量为 2500 m3/h。 在此需要说明的是，正压状态下，手术室的新 风量取值表7.1.6是综合考虑了每人60 m3/h.人新风 量 及 手 术 室 自 动 门 开 启 时 保 证 手 术 室 有 0.080.1m/s 的气流速度向外渗透这两个因素。 而在 负压状态时，需维持的是反向渗透的补风气流；另 外，负压运行时，不用考虑规范 7.1.7.2

7、所述“补偿 室内的排风并能维持室内正压值的新风量”这一情 况，所以，对于相同洁净级别正负压切换手术室， 其负压运行时的手术室新风可比正压运行时略低。 1） 关于负压运行状态下缓冲间、 前室及气闸室 的设计 （a） 负压洁净空间的核心区净化级别高于相邻 的外室。 为保证洁净度不受干扰，应在负压洁净室与邻 室之间设立“气闸室”，见图： b）负压洁净空间的核心区净化级别低于或等 于相邻的外室。可以参照（a）的布局设气闸室、 一更、二更，设气闸室更有益，但气闸室占用一定 的空间，且洁净度必须与高级别侧同级（同上图）； 当然，也可以只设一更、二更，但邻室的新风量应 考虑对负压区的渗透（见下图） 气流组织

8、应注意以下几点： 1）负压设计或正负切换设计不允许在一个洁 净空间出现两种气流组织。如正压时为上送侧下 回，负压时应仍为上送侧下回或侧下排风。 2013 年全国净化学术年会 International symposium on cleaning technology 25 2）负压洁净室与缓冲间（前室、后室）应分 别设置单独的排风支管或回风支管，每个支管上设 手动调节阀或电动密闭阀，以有效防止洁净室与缓 冲间因支管合用形成“连通器”，造成压差或压力 梯度无法满足设计要求；另外，负压洁净室的回风 或排风口安装高中效或亚高效、高效过滤器也是既 保证排风洁净安全，又保证不出现“连通器”效应 的有效手

9、段。 3）负压洁净室的气流组织的保护原则 负压洁净室因污染或有毒物的控制及工作时的保 护对象不同，应注意气流组织的特殊设计，例如： 负压隔离病房气流上风侧是医护人员、下风侧是患 者；抗生素配液尽管安全柜内净化级别高，但气流 组织仍由操作者流向柜体的玻璃罩的槽口等。 3. 负压的维持和稳定设计负压的维持和稳定设计 1）在风系统中，必须采取新风定量供给的设 计，一般在新风管段应设计电动或手动双位定风量 阀，以免出现当排风量增大时，新风供给量因管内 负压的增大而不断补充，以致不能形成足够的负 压。 2）用于负压洁净区的新风及排风设备。如有 条件最好单独设置，新风及排风采用变速调节，以 最大限度减少干

10、扰。 4. 排风机组的选型设计排风机组的选型设计 1）排风机应选用优质高效低噪音产品，其转速 /效率曲线应比较平缓， 静压在全压中所占的比例宜 大于 85%。 2）排风机组的全压或机外静压（余压）以及风 量的选择计算， 如图所示，排风系统的阻力主要为：因室内绝 对压力低于外部产生的排风阻力 P0； 排风口形成抽 吸气流所需初始负压 P1， 排风口内安装的高效过滤 器阻力 P2， 排风机箱内或风机出风口高中效过滤器 阻力 P3、 排风机出风口止回阀阀板升启所需克服阻 力 P4，管道系统风阻 P5、P6（包括沿程阻力 P5、 - 26 - 局部阻力 P6，局部阻力 P6 是消声器、风阀、百叶 风口

11、、静压箱等风管部件所有局部阻力的统称）。 排风机的全压应为上述各阻力值之总和除以静压 在全压中的占比 （假设 88%） 。 即即 Pz=/88%。 其中沿程主力理论计算式 摩擦阻力系数 Rs风管水力半径， 对圆形风管 Rs= ； 对矩形 风管（A、B 为矩形风管长短边）。 管道内气流速度 m/s 管内空气重度 kg/m3 20时为 1.2kg/m3 l风管长度 实际计算一般根据风管沿程阻力线算图由风量、风 管尺寸以及风管材质，查找每米比摩阻进而计算阻 力。 其他阻力 P6 指百叶风口、弯头、消声器、风阀、 静压箱局部扩大或缩小等引起的阻力表达式为 P6= Psi=i Psi 为某一风管部件的局

12、部阻力 i 为该种部 件的局部阻力系数，可由设计手册查找 、分别为风管内的气流速度和空气的重度，同 上。 工程实际中常根据管道系统的大小和部件的多少， 采用沿程阻力 P5 乘以某一倍率系数 K 而使计算简 化。即 P6=KP5，K 值选取见下表： 小系统（50 米以下）或拐弯多的大系统 K=1.01.5 大系统 K=0.71.0 有消声器时 K=1.52.5 一般排风系统相对而言 K 值取 1.5 足够； 止回阀阀板升启阻力一般取 3040pa； 高效过滤器阻力 P2、高中效过滤器 P3 的阻力分别 根据产品参数选取； P1 为排风口形成足够的抽吸气流所需负压， 这往往 容易被忽略，相当于送风

13、口也需有一定余压才能保 证送风气流有一定的“射程”，这是保证吸风气流 的“吸程”所必须的。P1 一般取 5060Pa 为宜； 相对于排风机出口外的大气压而言，洁净室的绝对 负压值 P0 也是排风机必须克服的阻力。 排风机风量的选择应根据计算风量乘以一定的安 全系数，该系数必须考虑排风机的效率、风管及室 内门窗等渗漏风等因素。一般建议取 1.21.25 的系 数，排风机必须采用变速控制。 3）排风机的台数选定 由于目前风机类产品的风量调节形式均为风机叶 轮的转速调节，而风机的风量 L、风压 P 与转速的 函数因次关系为： L=f1（n） P=f2（n2） f1、f2 分别为各自的函数代号，n、n

14、2 表示转速的 一次方、二次方。 即当风机按满足低速运行时选定风压，那么高速运 行时风压成平方比上升，造成风机高速运行时噪音 严重超标。所以，一般建议单台排风机的调速范围 不宜过大。这也是解决类似多台设备（如生物安全 柜）分别投运时，采用单台排风机通过调节风机转 速控制压力时，房间的负压调节波动大、且难度大 的针对性技术措施之一。此外，重要场合排风设备 应留有备用排风机。 5. 关于自控系统的保障关于自控系统的保障 针对负压洁净室的自控设计首先是保证送风 机、排风机的启停顺序，即启动时先启动排风后启 动送风，停机时先停送风，再停排风；此外，对于 管道系统的电动双位定风量阀或电动密闭阀的控 制程

15、序也应满足“负压”要求，确保不出现气流逆 转。对于有多台生物安全柜的洁净室，要保证当所 有生物安全柜停止使用时，室内仍有能保证洁净度 的送风量以及维持负压的排风量。 6. 关于负压洁净室净化空调机组的段位配置关于负压洁净室净化空调机组的段位配置 1）对全新风直流系统，新风冷却除湿宜采用 两级表冷：一级水冷，二级氟冷。并适当再热或采 取部分仅作一级冷却的新风混合减少再热的方式。 保证送风的相对湿度不致过高，从而避免末端高效 过滤器受潮。 2）尽量将风机段至于所有的过滤段、冷却段 之后，合理利用风机电机的发热量对处于低温的空 气再热，这是减少再热、降低送风相对湿度的有效 措施；同时也是减少风机叶轮

16、污染的有效措施。 3）优先选用无蜗壳直联风机，避免有蜗壳、 皮带传动风机的皮带粉末污染、风机叶轮及壳体内 壁污染。 4）不同热湿负荷，不同洁净等级的负压洁净 室应采用各自独立的机组。相对区域面积小、功能 辅房少的区域也可考虑共用机组，但应在净化机组 出风口即分设各区域的支风管，采用在各个支风管 内设置风管电热方式微调，然后再分别送至不同分 区，风管电再热的启停受控于各自的房间内的温度 2013 年全国净化学术年会 International symposium on cleaning technology - 27 - 传感器。 结束语： 负压洁净室的洁净设计及调试是难度相对较 大的工作，需要详细了解设备的技术参数，充分考 虑各种干扰因素。以确保医患安全为基础准则，针 对不同的情况做深入细致的设计，保证运行效果。 尽可能采用变频等技术措施，在确保安全的前提 下，尽量实现节能。